功率方向电流保护设计

《功率方向电流保护设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气工程及其自动化学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目输电线路方向电流保护设计（1）课程设计（论文）任务BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654系统接线图系统接线图如图：课程设计的内容及技术参数参见下表设计技术参数工作量L1=L2=60km,L3=40km,LB-C=40km,LC-D=30km,LD-E=20km,线路阻抗0.4/km,,,最大负荷电流IB-C.Lmax=300A,IC-D.Lmax=200A,ID-E.Lmax=150A,电动机自启动系数Kss=1.5，电流继电器返回系数Kre=0.85。最大运行方式：三台发电机及线路L1、L2、L3同时投入运行；最小运行方式：G2、L2退出运行。1.等值电抗计算、短路电流计算。2.整定保护4、5的电流速断保护定值，并尽可能在一端加装方向元件。3．确定保护5、7、9限时电流速断保护的电流定值，并校验灵敏度。4．确定保护4、5、6、7、8、9过电流保护的时间定值，并说明何处需要安装方向元件。5．绘制方向过电流保护的原理接线图。并分析动作过程。6、采用MATLAB建立系统模型进行仿真分析。 本科生课程设计（论文）续表进度计划第一天：收集资料，确定设计方案。第二天：等值电抗计算、短路电流计算。第三天：整定保护4、5的电流速断保护定值，并尽可能在一端加装方向元件。第四天：确定保护5、7、9限时电流速断保护的电流定值，并校验灵敏度。第五天：确定保护4、5、6、7、8、9过电流保护的时间定值，说明何处需安装方向元件。第六天：绘制保护原理图。第七、八天：MATLAB建模仿真分析。第九天：撰写说明书。第十天：课设总结，迎接答辩。指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算 本科生课程设计（论文）摘要电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。电流方向保护是在每个断路器的电流保护中增加一个功率方向测量元件。使其对对电流保护段来说，因为反方向短路时功率方向测量元件不动作，其整定值就只需躲过正方向线路末端短路电流最大值，而不必躲过反方向短路的最大短路电流，因而提高了灵敏度。关键词：继电保护；电流保护；方向保护；方向元件 本科生课程设计（论文）目录第1章绪论11.1输电线路电流保护概述11.2本文主要内容1第2章输电线路方向电流保护整定计算...32.1方向电流Ι段整定计算32.1.1保护4、5的Ι段动作电流的整定32.1.2灵敏度校验42.1.3动作时间的整定42.2保护5、7、9方向电流Ⅱ段整定计算42.3方向电流Ⅲ段动作时间整定计算及方向元件的安装5第3章方向电流保护原理图的绘制与动作过程分析73.1保护原理图73.2动作过程分析8第4章MATLAB建模仿真分析94.1MATLAB系统仿真图94.2仿真种波形9第5章课程设计总结12第6章参考文献13 本科生课程设计（论文）第1章绪论1.1输电线路电流保护概述电力系统的输、配线路因各种原因可能会发生相间或相地短路故障,因此,必须有相应的保护装置来反映这些故障,并控制故障线路的断路器,使其跳闸以切除故障.对各种不同电压等级的线路应该装设不同的相间短路和接地短路的保护。对于3KV及以上的电力设备和线路的短路故障，应有主保护和后备保护；对于电压等级在220KV及以上的线路，应考虑或者必须装设双重化的主保护，对于整个线路的故障，应无延时控制其短路器跳闸。线路的相间短路、接地短路保护有：电流电压保护，方向电流电压保护，接地零序流电压保护，距离保护和纵联保护等。电力系统中线路的电流电压保护包括：带方向判别和不带方向判别的相间短路电流电压保护，带方向判别和不带方向判别的接地短路电流电压保护。他们分别是用于双电源网络、单电源环形网络及单电源辐射网络的线路上切除相间或接地短路故障。1.2本文主要内容在每个断路器的电流保护中增加一个功率方向测量元件（当他和电流测量元件均动作后才启动逻辑元件），并规定当短路功率从母线流向线路（为正）时该功率元件动作，而从线路流向母线（为负）时不动作。那么对电流保护段来说，因为反方向短路时功率方向测量元件不动作，其整定值就只需躲过正方向线路末端短路电流最大值，而不必躲过反方向短路的最大短路电流，因而提高了灵敏度。这种增加了功率方向测量元件的电流保护即为方向电流保护。在双电源网络或其他复杂网络中，可以采用带方向的三段式电流保护，以满足保护的各种性能要求。三段式方向电流保护的特点，三段式电流保护在作用原理、征订计算原则等方面与无方向三段式保护基本相同。但方向电流保护用于双电源网络和单电源环形网络时，在构成、整定、相互配合等问题上还有以下特点：在保护构成中增加功率方向测量原件，并与电流测量元件共同判别是否在保护线路的正方向上发生故障。方向电流保护第Ⅰ10 本科生课程设计（论文）段，即无时限方向电流速度保护的动作电流整定可以不必躲过反方向外部最大短路电流；第段电流保护动作电流还应考虑躲过反向不对称短路时，流过非故障相的电流，这样可防止在反方向发生不对称故障时非故障线功率方向测量元件误动作而造成的保护误动作；在环网和双电源网中，功率方向可能相同的电流保护第段的动作电流之间和动作时间之间应相互配合，以保证保护的选择性。本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。10 本科生课程设计（论文）第1章输电线路方向电流保护整定计算2.1方向电流Ι段整定计算2.1.1保护4、5的Ι段动作电流的整定BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654图2.1系统接线图各段线路的阻抗为：==60*0.4=24Ω=40*0.4=16Ω=40*0.4=16Ω=30*0.4=12Ω=20*0.4=8Ω系统接线图如图2.1所示，由电流速断保护的动作电流应躲过本线末端的最大短路电流，可计算保护4=1.357A=1.2*1.5457=1.85A保护510 本科生课程设计（论文）因为所以在4QF加方向元件2.1.1灵敏度校验校验，应按电流、电压元件中保护范围小的元件确定，整定值满足可靠系数的要求。（2-1）保护4的灵敏度校验=8.05Ω===30Ω===36.37%>15%满足灵敏度要求所以合格保护5的灵敏度校验（2-2）=7.09Ω16Ω==44.31%>15%,满足灵敏度要求所以合格2.1.2动作时间的整定因为无时限电流速断保护不必外加延时元件即可保证保护的选择性，也就是说电流保护第I段的人为延时，所以电流保护第I段的动作时间为0。即t=t=02.2保护5、7、9方向电流Ⅱ段整定计算由于无时限电流速断保护只能保护线路的一部分,而该线路的剩下部分的短路故障必须依靠另外一种电流保护,即带时限的电流速断保护对于此种保护的动作电流整定为:10 本科生课程设计（论文）保护5Ⅱ段与保护3配合（2-3）IB-C.Lmax=320A：分支系数=流过故障线电流/流过保护线电流。=/1.67=220.36A1796.88A==8.2>1.4满足灵敏度要求与相邻保护3Ⅱ段配合（2-4）IC-D.Lmax=200A分支系数=流过故障线电流/流过保护线电流，且两电流相等。所以：=/==230A=/==158.38A==11.35>1.4此结果满足灵敏度要求==1s保护7,9与保护5相同2.3方向电流Ⅲ段动作时间整定计算及方向元件的安装10 本科生课程设计（论文）为保证选择性，则必须加延时元件，且应按照阶梯形原则整定，即两相邻线路的电流Ⅲ动作时间相差一个△t。上一线路与动作时间长的下一段线路相配合；末级不装延时元件；越靠近电源，延时越长。s（线路末端），，，（无下一级，相当于末级）若矛盾，所以需加方向元件。又由于：>为简化保护接线和提高保护的可靠性，电流保护每相的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段可共用一个方向元件。电流保护第Ⅲ段的动作时间较小者而可能失去选择性时加方向元件，动作时间相同者可能失去选择性时均加方向元件。所以,保护4,6,8加方向元件。10 本科生课程设计（论文）第1章方向电流保护原理图的绘制与动作过程分析3.1保护原理图图3.1三段式电流保护原理接线图图3.1给出的是三段式电流电压保护的原理接线图，其中1KA、2KA、KM和1KS构成第Ⅰ段无时限电流速断保护；3KA、4KA、1KT和2KS构成第Ⅱ段带时限电流速断保护；5KA、6KA、7KA(采用两相三继电器式接线)、2KT和3KS构成第Ⅲ段定时限过电流保护。由于三段式电流保护各段的动作电流和动作时限整定均不相同，必须分别图3.2方向电流保护原理图交流回路10 本科生课程设计（论文）使用不同的电流继电器和时间继电器，而信号继电器1KS、2KS和3KS则分别用以发出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护动作的信号。电流继电器7KA接于A,C两相电流之和上，是为了在Y,d接线的变压器后发生两相短路时提高过电流保护的灵敏性。每个继电器都由感受元件、比较元件和执行元件三个主要部分组成。感受元件用来测量控制量(如电压、电流等)的变化，并以某种形式传送到比较元件；比较元件将接收到的控制量与整定值进行比较，并将比较结果的信号送到执行元件；执行元件执行继电器功作输出信号的任务。KA1KA2KA3KA4KA5KA6KA7KT1KMKT2KT2KMKT1KS2KS3KS1QF1LT控制小母线熔断器Ⅰ段电流Ⅱ段电流Ⅲ段电流跳闸回路+wc-wcFU图3.5方向电流保护原理图直流回路图3.4方向电流保护原理图信号回路3.2动作过程分析电流继电器和功率继电器才用按相启动方式，当两者都满足时线路才能接通。当系统发生短路时，有本线路所在保护的Ⅰ段切故障，则直接经过线圈KM，通过信号线圈KS发出信号，并跳闸。当Ⅰ断拒动或故障时，电流继电器经过延时继电器，当延时时间到达时，接通信号继电器发信号，并接通跳闸线圈进行跳闸动作。10 本科生课程设计（论文）第1章MATLAB建模仿真分析4.1MATLAB系统仿真图由MATLAB软件进行输电线路方向电流保护仿真实验的仿真图形如图4.1所示。图4.1MATLAB建模仿真图将MATLAB仿真技术应用于电力系统继电保护中输电线路方向电流保护的研究，针对输电线路方向电流保护技术的核心内容。仿真步骤如下1)环节库及其输入，将给定的信号输入仿真系统；2)环节的联接，将各个环节的端口按框图连接起来；3)环节参数的设定，将参数以MATLAB中合法的方式表示；4)系统的建立，构建了继电保护系统输电线路方向电流保护的MATLAB仿真。4.2仿真种波形根据线路三段式保护的原理以及各段保护之间的配合模拟各段保护的动作情况。（1）模拟电流Ⅰ段保护动作执行仿真后，仿真结果如下图4.2所示：由图可以看出线路在0.05s发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过一个很小的延时0.001s，断路器1跳闸。电流Ⅰ段成功按时动作。10 本科生课程设计（论文）图4.2电流Ⅰ段仿真波形图2）模拟电流Ⅱ段保护动作，在电流Ⅱ段的范围内设置故障，由于本设计是模拟线路不同段发生故障，所以就可以直接改变线路1的值来模拟线路不同段的故障。将线路1的值设置为10，线路0、2分别为0.3、3.5。仿真参数同1），执行仿真后，仿真结果如下图4.3所示:图4.3电流Ⅱ段仿真波形图由图可以看出线路在0.05s发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过预先设置的延时0.5s，断路器1在0.55s跳闸。电流Ⅱ段成功按时动作。3）模拟电流Ⅲ段保护动作，在电流Ⅲ10 本科生课程设计（论文）段的范围内设置故障，由于本设计是模拟线路不同段发生故障，所以就可以直接改变线路1的值来模拟线路不同段的故障。将线路1的值设置为15.5，线路0、2分别为0.3、3.5。仿真参数同1），执行仿真后，仿真结果如下图4.4所示:图4.4电流Ⅲ段仿真波形图由图可以看出线路在0.05s发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过预先设置的延时1.0s，断路器1在1.05s跳闸。电流Ⅲ段成功按时动作。10 本科生课程设计（论文）第1章课程设计总结随着电力系统规模的不断扩大，对电力系统安全性、可靠性、高效性运行的要求越来越高，继电保护应运而生，本文对继电保护各项参数进行了计算，以及安装了方向保护元件实现方向保护，并对其系统保护的算法进行了MATLAB仿真研究。通过本次课设，对电力系统继电保护及其算法的知识有了一定的了解，且基本完成了本课题的基本要求，但是由于知识水平的有限，对本课题的研究还存在一些不足之处，比如在模型搭建时，考虑情况过于理想化了，如线路模型、变压器模型，与实际情况还有一些差距。由于知识掌握程度有限，仿真模型中只实现了线路三段式电流保护，在以后的学习过程中还应继续加入新的保护类型，使仿真模型的微机保护功能更加完善。10 本科生课程设计（论文）第1章参考文献[1]陈堂等编著《配电系统及其自动化技术》中国电力出版社2004.8[2]赵晶主编《Prote199高级应用》．人民邮电出版社，2000：18-25[3]何仰赞等编著《电力系统分析》武汉：华中理科技学出版社，2002.3[4]于海生编著《微型计算机控制技术》清华大学出版社2003.4[5]王士政主编《电网调度自动化与配网自动化技术》中国水利水电出版社2007.3[6]梅丽凤等编著《单片机原理及接口技术》清华大学出版社2009.7[7]许建安编著《电力系统微机继电保护》中国水利水电出版社2003.610